一种花状四氧化三钴-石墨烯复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种花状四氧化三钴‑石墨烯复合材料及其制备方法。本发明专利技术制备方法包括如下步骤：(1)将氧化石墨烯分散液和硝酸钴水溶液混合后，向其中加入尿素并超声分散；(2)将硝酸钴‑氧化石墨烯混合液移入水热反应釜中反应，反应结束后离心分离、洗涤，干燥得到花状氢氧化钴‑石墨烯粉末；(3)将花状氢氧化钴‑石墨烯粉末在空气条件下进行煅烧处理后，自然冷却至室温，即得花状四氧化三钴‑石墨烯复合材料。本发明专利技术制备方法简单可靠、成本低廉、环保；得到的复合材料比容量高达585F/g，同时循环性能和倍率性能好。

【技术实现步骤摘要】
一种花状四氧化三钴-石墨烯复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种花状四氧化三钴-石墨烯复合材料及其制备方法，属于能源存储材料制备领域。
技术介绍
二维纳米材料因其极大的各向异性结构即纳米级别的厚度以及无限制的长度和宽度，而备受科研人员的关注，因其独特的物理性质：高的电子流动性，快速的电子转运能力和一些其他方面优异的物理性能。关于二维纳米材料已有较多的报道，主要是各种有机或无机的二维纳米片层，如：卟啉类，二氧化钛以及过渡金属硫化物的纳米片层等随着2004年曼彻斯特大学A.K.Geim等使用机械剥离法，成功剥离得到了单层的二维石墨烯。石墨烯具有独特的单分子层结构，并且可以大量制备且造价低廉，它独特的二维结构，赋予了石墨烯高比表面积，优越导电性，热稳定性，高机械性能和光学性能等诸多优异的物理和化学性质。这也使得石墨烯这种二维纳米片成为制备其他功能性二维纳米材料的通用模板，因此基于石墨烯的二维纳米材料的研究越来越受到人们的广泛关注。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种花状四氧化三钴-石墨烯复合材料及其制备方法。本专利技术的制备方法简单，得到的复合材料中，四氧化三钴为菊花型结构，四氧化三钴均匀分散于石墨烯表面。本专利技术得到的复合材料在超级电容器的应用方面展现出很好的前景。本专利技术的技术方案具体介绍如下。本专利技术提供一种花状四氧化三钴-石墨烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将氧化石墨烯分散液和硝酸钴水溶液混合后，向其中加入尿素并超声分散，得到硝酸钴-氧化石墨烯混合液；其中：氧化石墨烯和硝酸钴的质量比为1:300-1:100，硝酸钴和尿素的质量比为4:1-1:1；(2)将硝酸钴-氧化石墨烯混合液移入水热反应釜中，在100-150℃的温度下反应10-16h，自然冷却至室温得到反应液、离心分离、洗涤，干燥得到花状氢氧化钴-石墨烯粉末；(3)将花状氢氧化钴-石墨烯粉末以5-8℃/min的升温速度升至390-410℃，在空气条件下煅烧1-3h后，自然冷却至室温即得花状四氧化三钴-石墨烯复合材料。本专利技术中，步骤(1)中，氧化石墨烯分散液中，氧化石墨烯和水的质量体积比为1:6～5:2mg/ml。本专利技术中，步骤(1)中，硝酸钴水溶液中，硝酸钴和水的质量体积比为40:1～80:1mg/mL。本专利技术中，步骤(1)中，超声分散时，超声功率为300-400w，超声时间为30-90min。本专利技术中，步骤(2)中，反应温度为100-120℃，反应时间为10-12h。本专利技术中，步骤(2)中，离心转速为4000-8000r/min，干燥采用真空干燥方式，干燥温度为60-80℃，干燥时间为10-12h。本专利技术还提供一种上述制备方法所得的花状四氧化三钴-石墨烯复合材料，其由石墨烯和四氧化三钴组成，四氧化三钴为三维花状结构，均匀的分布在石墨烯表面。优选的，四氧化三钴呈类菊花状形貌，其直径为5-14μm，其花状是由若干宽度为100-200nm的针组成。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术的一种花状四氧化三钴-石墨烯复合材料中四氧化三钴具有类菊花状结构，其由若干针组成，与现有的制备方法相比，该合成方法简易、原料来源广泛，得到的四氧化三钴-石墨烯材料结晶度高且形貌可控，且可以均匀分散于石墨烯表面，其比容量最高可达585F/g。附图说明图1是实施例1所得四氧化三钴-石墨烯复合材料的扫描电镜图。图2是实施例2所得四氧化三钴-石墨烯复合材料的扫描电镜图。图3是实施例3所得四氧化三钴-石墨烯复合材料的性能曲线图。图4是实施例3所得四氧化三钴-石墨烯复合材料的扫描电镜图。图5是实施例4所得四氧化三钴-石墨烯复合材料的X射线衍射图。具体实施方式下面通过具体实施例并结合附图对本专利技术做进一步描述，需要说明的是本具体实施例并不构成对本专利技术要求保护范围的限制。采用蓝电电池测试系统对本专利技术所得的四氧化三钴-石墨烯复合材料的充放电性能及稳定性进行测试，步骤如下：按质量比计算，本专利技术所得的一种花状四氧化三钴-石墨烯复合材料：导电炭黑：粘接剂(PTFE)为8:1:1的比例进行混合，所得的混合物加入到去离子水中超声搅拌30-60min，所得的浆料在预先剪裁和处理好的泡沫镍上涂膜，涂膜面积大约为1cm2，将涂好膜的泡沫镍放在60-80℃烘箱中烘干10-12h，得到涂有四氧化三钴-石墨烯复合材料的泡沫镍，称重并减去泡沫镍净重得到所涂氢氧化钴-石墨烯复合材料的质量；以上述所得的涂有四氧化三钴-石墨烯复合材料的泡沫镍为工作电极，以空白泡沫镍作为对电极，以Ag/AgCl电极为参比电极，组成三电极系统，三电极玻璃电解池中加入6MKOH水溶液作为电解液，分别将工作电极，空白泡沫镍对电极及参比电极放入三电极玻璃电解池中，接出相应的测试口，使用蓝电充放电仪在电流密度1A/g的情况下进行恒流充放电循环测试，充放电仪采用鳄鱼嘴夹接出。本专利技术的各实施例中所需试剂均为分析纯，购买于上海泰坦化学有限公司。实施例1一种花状四氧化三钴-石墨烯复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：(1)、将氧化石墨烯加入到分散剂中，在室温条件下调节超声机功率为300w超声30min进行分散均匀，得到氧化石墨烯分散液；所述的分散剂为去离子水，其用量按氧化石墨烯：去离子水为1mg:6mL；(2)、将硝酸钴加入到分散剂中，在室温条件下调节超声机功率为300w超声30min进行分散均匀，得到硝酸钴分散液；所述分散剂为去离子水，其用量为硝酸钴：去离子水＝40mg:1mL；(3)、将步骤(1)所得氧化石墨烯分散液和步骤(2)所得硝酸钴分散液混合，并称取一定量尿素合并在室温条件下调节超声机功率为300w超声30min进行分散均匀；所述氧化石墨烯与硝酸钴的量按质量比为氧化石墨烯:硝酸钴＝1:300；所述加入尿素的量按质量比为步骤(2)所加硝酸钴:尿素＝4:1；(4)、将步骤(3)硝酸钴-氧化石墨烯混合液移入水热反应釜中，在100℃的条件下反应10h，自然冷却至室温得到反应液；(5)、将步骤(4)所得反应液在4000r/min条件下离心，然后用去离子水和无水乙醇多次洗涤至流出液pH为7左右，最后在60℃条件下真空干燥10h得到花状氢氧化钴-石墨烯粉末；(6)、将步骤(5)所得花状氢氧化钴-石墨烯粉末以5℃/min的升温速度升至400℃，在空气条件下进行煅烧处理1h，自然冷却至室温即可得到花状四氧化三钴-石墨烯复合材料。采用S-3400N电子显微镜(日立)对上述实施例1水热-煅烧法所得的花状四氧化三钴-石墨烯复合材料的表面结构进行扫描，所得的扫描电镜图如图1所示，从图1中可以看出，所得的花状四氧化三钴-石墨烯复合材料中有由针状组成的花状四氧化三钴。用三电极体系，以6MKOH水溶液为电解液，电位窗设为0-0.4对上述实施例1所得的花状四氧化三钴-石墨烯复合材料的充放电性能及稳定性进行测试，在1A/g的充放电电流密度下比容量约为467F/g，由此表明，本专利技术所得的花状四氧化三钴-石墨烯复合材料具有很好的循环稳定性。实施例2一种花状四氧化三钴-石墨烯复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：(1)、将氧化石墨烯加入到分散剂，在室温条件下调节超声机功率为350w超声60min进行分散均匀，得到氧化石墨烯分散液；所述的分散剂为去离子水，其用量按氧化石墨本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种花状四氧化三钴‑石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将氧化石墨烯分散液和硝酸钴水溶液混合后，向其中加入尿素并超声分散，得到硝酸钴‑氧化石墨烯混合液；其中：氧化石墨烯和硝酸钴的质量比为1:300‑1:100，硝酸钴和尿素的质量比为4:1‑1:1；(2)将硝酸钴‑氧化石墨烯混合液移入水热反应釜中，在100‑150℃的温度下反应10‑16h，自然冷却至室温得到反应液、离心分离、洗涤，干燥得到花状氢氧化钴‑石墨烯粉末；(3)将花状氢氧化钴‑石墨烯粉末以5‑8℃/min的升温速度升至390‑410℃，在空气条件下煅烧1‑3h后，自然冷却至室温即得花状四氧化三钴‑石墨烯复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种花状四氧化三钴-石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将氧化石墨烯分散液和硝酸钴水溶液混合后，向其中加入尿素并超声分散，得到硝酸钴-氧化石墨烯混合液；其中：氧化石墨烯和硝酸钴的质量比为1:300-1:100，硝酸钴和尿素的质量比为4:1-1:1；(2)将硝酸钴-氧化石墨烯混合液移入水热反应釜中，在100-150℃的温度下反应10-16h，自然冷却至室温得到反应液、离心分离、洗涤，干燥得到花状氢氧化钴-石墨烯粉末；(3)将花状氢氧化钴-石墨烯粉末以5-8℃/min的升温速度升至390-410℃，在空气条件下煅烧1-3h后，自然冷却至室温即得花状四氧化三钴-石墨烯复合材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，氧化石墨烯分散液中，氧化石墨烯和水的质量体积比为1:6～5:2mg/ml。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，硝...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩生，赵豆豆，常兴，黄奇，常伟，林静静，刘玥冉，连俊，颜松，姚璐，刘业萍，常哲馨，解麦莹，陈凤飞，薛原，钱曾，李林飞，廖天明，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：上海,31